薄膜材料物理第二章薄膜的力学性质

1、第二章 薄膜的力学性质 第三讲,1.2 薄膜的附着性质（重要） 理论上需对结合界的了解。 使用上决定了薄膜元器件的稳定性和可靠性。 现无统一的测量薄膜附着性能的准确测量技术. 薄膜的附着性能直接与附着的类型、附着力的性质、工艺、测量方法有关,中间层附着在薄膜与基片之间形成一个化合物而 附着，该化合物多为薄膜材料与基片材料之间的化 合物,2.1.1 附着力的性能（性质） 三种附着力： 范德华力、化学键力、静电力（机械锁合） (氢键,范德华力（键能0.04-0.4eV,氢键（键能0.1eV）离子性的静电吸引不普 遍，仅在电负性很强的原子之间,静电力薄膜和基体两种材料的功函数不同， 接触后发生电子转

2、移界面两边积累正负 电荷 静电吸引,2.1.3 影响附着力的工艺因素 包括材料性质、基片表面状态、基片温度、淀积方式、淀积速率、淀积气氛等,基片材料的性质对附着力影响很大 微晶玻璃上淀积铝膜氧化铝与玻璃中硅氧 化学键附着力强。 铂、镍、钛等金属基片上淀积金膜金属键 附着力强,选基片能与薄膜形成化学键附着力强,基片的表面状态对附着力影响也很大 基片清洗去掉污染层（吸附层使基片表面的化学键饱和，从而薄膜的附着力差） 提高附着性能,提高温度,有利于薄膜和基片之间原子的相互扩散 扩散附着有利于加速化学反应形成中间层 中间层附着,须注意：T薄膜晶粒大热应力其它性能变,淀积方式：溅射强于蒸发，电压（溅射）

3、高 附着好 溅射粒子动能大，轰击表面清洗且使表面活化 附着强 电镀膜的附着性能差(有一定数量的微孔,淀积气氛对薄膜附着力的影响 淀积初期氧和水蒸气分压氧化膜中间层附着,2.2 附着力的测试方法,机械方法数种如下： 条带法（剥离法）、引拉法（直接法）、 划痕法、 推倒法、摩擦法、扭曲法、 离心法、超声法、振动法等,2.2.1 条带法 三种可能： 薄膜随附着带全部从基片上剥离下来； 仅部分剥离下来； 未剥离说明薄膜附着好定性测量,2.2.2 引拉法（定量测量） 用拉力机或离心、超声振动仪给样品加上垂直拉力； 单位面积的附着力fb=Fb/A,2.2.3 划痕法 用尖端圆滑钢针划过薄膜表面，尖端半径约

4、为0.05nm。临界负荷薄膜刻划下来时。 作用薄膜附着力的一种量度。 用光学显微镜观察和分析划痕，必须确定临界负荷。薄膜的临界负荷一般为几-几百克。 单位面积临界剪切力为,单位面积的剥离能,2.2.4 摩擦法 用标准的负荷橡皮（含有金刚砂）擦 用已知高度点矢落下的磨粒（如SiC细砂）擦,2.3 薄膜的内应力 内应力定义：薄膜内部单位截面上所承受的力， 称为内应力。在内部自己产生的应力。 张应力过大薄膜开裂、基片翘曲。 压应力过大薄膜起皱或脱落。 + 在张应力作用下，薄膜自身有其收缩的趋势 过大薄膜开裂。 - 在压应力作用下，薄膜内部有向表面扩散的趋势 过大脱落。 薄膜内应力的来源尚未形成定论,2.3.1 内应力的类别与起源 按起源分：热应力薄膜和基片的热胀系数不同 而引起的。 本征应力-来自于薄膜的结构因素 和缺陷,按应力